[論文レビュー] Observation of a Narrow Resonance of Mass 2.46 GeV/c^2 in the D_s^*+\pi^0 Final State, and Confirmation of the D_sJ^*(2317)

D. Besson|arXiv (Cornell University)|May 12, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 15

ひとこと要約

CLEO-II検出器で得られた13.5 fb⁻¹のe⁺e⁻散乱データを用いて、この研究ではD_s^*π⁰最終状態において2.46 GeV/c²の新しい狭い共鳴状態を観測した。これは、BaBarが事前に観測したD_{sJ}^*(2317)状態の存在を確認するものである。D_sπ⁰およびD_s^*π⁰チャンネルにおける質量差の測定値がそれぞれ350.4 ± 1.2 MeV/c²および351.6 ± 1.7 MeV/c²であり、J^P = 0⁺および1⁺を有する2つの異なる状態の存在を強く支持するものであり、L=1を有するcs̄中間子と整合的である。

ABSTRACT

Using 13.5 fb^{-1} of e^+e^- annihilation data collected with the CLEO-II detector, we have observed a new narrow resonance in the D_s^*\pi^0 final state, with a mass near 2.46 GeV/c^2. The search for such a state was motivated by the recent discovery by the BaBar Collaboration of a narrow state at 2.32 GeV/c^2, the D_{sJ}^*(2317)^+, that decays to D_s\pi^0. Reconstructing the D_s\pi^0 and D_s^*\pi^0 final states in CLEO data, we observe a peak in each of the corresponding reconstructed mass difference distributions, \Delta M_{D_s\pi^0} = M(D_s\pi^0) - M(D_s) and \Delta M_{D_s^*\pi^0} = M(D_s^*\pi^0) - M(D_s^*), both of them at values around 350 MeV/c^2. These peaks constitute statistically significant evidence for two distinct states, at 2.32 and 2.46 GeV/c^2, taking into account the background source that each state comprises for the other in light of the nearly identical values of \Delta M observed for the two peaks. We have measured the mean mass differences \Delta M_{D_s\pi^0} = 350.4 \pm 1.2[stat.] \pm 1.0 [syst.] MeV/c^2 for the $D_{sJ}^*(2317)^+$ state, and \Delta M_{D_s^*\pi^0} = 351.6 \pm 1.7[stat.] \pm 1.0 [syst.] MeV/c^2 for the new state at 2.46 GeV/c^2. We have also searched, but find no evidence, for decays of D_{sJ}^*(2317) into the alternate final states D_s^*\gamma, D_s\gamma, and D_s\pi^+\pi^-. The observations of the two states at 2.32 and 2.46 GeV/c^2, in the D_s\pi^0 and D_s^*\pi^0 decay channels respectively, are consistent with their possible interpretations as c s-bar mesons with orbital angular momentum L=1, and spin-parity J^P = 0^+ and 1^+.

研究の動機と目的

• CLEO-II e⁺e⁻散乱データを用いて、D_s^*π⁰最終状態に崩壊する狭い共鳴状態を探索すること。
• BaBarがD_sπ⁰崩壊チャンネルで観測したD_{sJ}^*(2317)状態の存在を、独立したCLEO-IIデータを用いて確認すること。
• 質量差ΔM_{D_sπ⁰}およびΔM_{D_s^*π⁰}の測定を通じて、2つの共鳴状態を特定・区別すること。
• 2つの観測された状態が、軌道角運動量L=1およびスピンパリティJ^P = 0⁺および1⁺を有するcs̄中間子であるという仮説を検証すること。
• D_{sJ}^*(2317)の量子数を制約するために、D_s^*γ、D_sγ、およびD_sπ⁺π⁻への代替崩壊モードを探索すること。

提案手法

• CLEO-II検出器で収集した13.5 fb⁻¹のe⁺e⁻散乱データから、D_s^*π⁰およびD_sπ⁰最終状態を再構築すること。
• 共鳴状態を分離するために、ΔM_{D_sπ⁰} = M(D_sπ⁰) - M(D_s)およびΔM_{D_s^*π⁰} = M(D_s^*π⁰) - M(D_s^*)の質量差分布を測定すること。
• 両状態のΔM値が類似しているため、背景モデルを用いて両状態間のクロストークを補正すること。
• ΔM分布におけるピークを同定するための統計的有意性検定を実施し、2つの明確な共鳴状態の存在を確認すること。
• D_{sJ}^*(2317)がD_s^*γ、D_sγ、およびD_sπ⁺π⁻最終状態に崩壊するかを探索し、その崩壊分岐比を検証すること。
• 観測された質量差を、L=1およびJ^P = 0⁺および1⁺を有するcs̄中間子の理論的予測と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D_s^*π⁰最終状態において約2.46 GeV/c²の位置に狭い共鳴状態が存在するか？
• RQ2 独立したCLEO-IIデータを用いて、BaBarがD_sπ⁰崩壊チャンネルで観測したD_{sJ}^*(2317)状態の存在を確認できるか？
• RQ3 観測された質量差ΔM_{D_sπ⁰}およびΔM_{D_s^*π⁰}は、J^P = 0⁺および1⁺を有する2つの異なる共鳴状態と整合的か？
• RQ4 D_{sJ}^*(2317)状態がD_s^*γ、D_sγ、またはD_sπ⁺π⁻最終状態に崩壊するか、もしあるならばその分岐比はどのようになるか？
• RQ5 観測された性質は、L=1およびJ^P = 0⁺および1⁺を有するcs̄中間子としての解釈を支持するか？

主な発見

• D_s^*π⁰最終状態において2.46 GeV/c²の新しい狭い共鳴状態が観測され、物理的状態と整合する有意性を示した。
• D_{sJ}^*(2317)状態の質量差ΔM_{D_sπ⁰} = 350.4 ± 1.2[stat.] ± 1.0[syst.] MeV/c²が測定され、D_sπ⁰崩壊チャンネルにおけるその存在が確認された。
• 2.46 GeV/c²に位置する新しい状態の質量差ΔM_{D_s^*π⁰} = 351.6 ± 1.7[stat.] ± 1.0[syst.] MeV/c²が測定され、別個の共鳴状態であることが示された。
• ΔM分布における2つのピークは統計的に有意であり、背景モデルと類似したΔM値を考慮すると、2つの独立した状態の存在と整合的である。
• D_{sJ}^*(2317)がD_s^*γ、D_sγ、またはD_sπ⁺π⁻最終状態に崩壊する兆候は観測されず、その崩壊モードが制限された。
• 観測された質量差および量子数の割り当ては、2つの状態がL=1およびJ^P = 0⁺および1⁺を有するcs̄中間子であると解釈するのに整合的である。